静电感应晶体管技术

静电感应晶体管技术 静电感应晶体管（SIT），是在普通结型场效应晶体管基础上发展起来的单极型电压控制器件， 它有源、栅、漏三个电极。其结构可分为平面栅型、埋栅型和准平面型三大类。SIT与普通的结型场效应晶体管的最大区别就是在沟道中有多子势垒存在，该势垒阻碍着电子从源向漏的流 动，势垒大小即受栅-源间电压的控制，也受源-漏间电压的控制。SIT器件的工作原理就是通过改变栅极和漏极电压来改变沟道势垒高度，从而控制来自源区的多数载流子的数量，通过静 电方式控制沟道内部电位分布，从而实现对沟道电流的控制。SIT的输出特性曲线呈现与真空三极管类似的非饱和特性，而不是象普通结型场效应晶体管那样呈饱和五极管特性。 SIT除具有优良的高频特性和高速开关特性，可实现极高速工作之外，还具有自身独到的 特点。在器件结构上由于采用了纵向结构使源层和漏层相分离，器件具有很高的耐压；SIT为 多子传输器件，具有负温度系数，即电流随温度升高而下降，不易引起热聚集，易实现多个 SIT单胞并联，获得大电流输出；由于自身结构特点，SIT不易产生电流集中，抗破坏能力强；此外SIT还具有良好的抗辐射能力。 SIT不仅可以工作在开关状态，做大功率电源开关使用，而且可实现功率放大，应用于许 多功率放大器，SIT所具有的良好的抗辐射性能和十分优越的温度特性，是空间技术领域的理 想器件。 电子技术；先进制造与加工技术 1. 高电压大电流器件的器件模拟和结构最佳化设计 2. 大面积的完美晶体生长，即高阻厚外延层材料的制备 3. 大面积的微细加工 4. 高浓度的栅体制造 5. 大面积的厚层二次外延制造 6. 表面钝化 7. 以散热为主的封装和散热结构及封装 SIT的结构是由日本的西泽润一和渡边提出的，并于1970年由西泽润一报道了第一只静电 感应晶体管。SIT从基本结构、工作原理到重要的工艺即在高阻外延层上做P+隐埋栅，都是二十世纪六七十年代末在西泽半导体研究所开发的。由于SIT器件显示负温度特性，不引起电流 集中，易实现大面积化，采用完美晶体生长技术把栅电阻做得非常小；高阻抗层的引入使电极 间的电容大大减小，从而实现了高频、千瓦量级的大功率SIT器件。典型的器件有日本乐器公 司的200W 60MHz音响放大器用的SIT、东北金属工业公司300W 、1KW、3KW的隐埋栅功率 SIT，这些功率器件表现出典型的常开特性,可用于超声振荡器、工业用高频感应加热等。1976年西泽润一又研制出平面栅结构的SIT。其后日本自动纺织机械制作所利用此技术制造了1000V、200A的常开型功率SIT，用于升降机的DC/AC电机调速。通过减小栅与漏间、栅与线路间的电 容，采用能减少栅电阻的嵌入栅结构，1979年三菱电机和东芝公司分别研制成了2GHz 10W；1GHz 100W的微波大功率SIT，作为晶体管首次创造出微波频段、输出超过100W记录，证实了SIT作为晶体管优良的性能，并在开关电源、超声波发生器、广播功率放大器、空间技术等应 用方面得以大力开发。经潜心研究和开发，1983年美国GTE公司采用硅平面栅和隐埋栅型结 构，研制成功了200～900MHz频带，输出功率100W及1.2GHz 、输出功率25W的SIT，用于卫星通信领域。1986年50MHz、500W高频功率SIT进入市场。1987年日本东芝将3KW常开型功率SIT用于100KHz、300KW的高频感应加热设备，同时开展了200KHz、1MW设备的试制工作。日本的东北金属工业株式会社将50～100W常开型SIT用于飞船。采用300W级的SIT研制出了KW超声波发生器，其中包括振子转换效率在75％以上；采用300W级SIT研制了100KHz、25V、60A开关电源，效率为70％。 当时SIT的水平是：截止频率为30～50MHz，连续工作电流250A，最大阻断电压2000V。八十年代中后期，IGBT、VDMOS、MCT等新型器件的开发取代了SIT的研究，研究者们把精力放在更具有完美特性的器件上。主要制造厂商有日本的三菱电机、东芝公 司、东北金属工业株式会社，法国的CNET，美国的GTE公司。 SIT具有输出功率大、失真小、输入阻抗高、开关特性好、热稳定性好和抗辐射能力强等 一系列优点，是一种发展极为迅速的高压大功率器件，其应用范围涉及到电机调速、感应加热 系统、开关电源、高音质高频放大器、大功率中频广播发射机、电子镇流器、汽车电子器件和 空间、军事等领域，可以说SIT的应用已深入到工业、航空、通信、日常生活等各个领域。其 效应是大幅度节约能源，降低材料消耗、实现了对传统工业的技术改善和传统设备的更新换代， 实现节能、节材、节约空间的重大经济效益和技术进步。面临国际能源危机、原材料紧张、要 求设备高效率、低功耗的形势，SIT器件对国民经济的发展非常重要。据实验表明，SIT器件 可以承受相当于在静止轨道十年以上的1016rad的射线，因此，在军事和空间应用方面也有着 很大的潜力。